本發(fā)明涉及紫外光功率測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是涉及一種紫外功率檢測(cè)量程拓展裝置。

背景技術(shù)：

紫外線是波長(zhǎng)為100～400nm的電磁波。它又分為：近紫外線uva，遠(yuǎn)紫外線uvb和超短紫外線uvc。其中短波紫外線uvc在經(jīng)過(guò)地球表面同溫層時(shí)被臭氧層吸收，不能達(dá)到地球表面。通常紫外燈管所產(chǎn)生的或檢測(cè)儀器所檢測(cè)的紫外線均為uva和uvb。

紫外光度計(jì)檢測(cè)的原理是根據(jù)紫外線特定波長(zhǎng)，選擇特異性光敏元件制作接受元件，當(dāng)受光器受到紫外線照射時(shí)，把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)放大傳輸，在紫外輻照計(jì)儀表上以電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)顯示出來(lái)。

現(xiàn)有的專利號(hào)為cn201610236289.6的發(fā)明專利公開了一種寬量程光功率計(jì)，該技術(shù)方案包括光電探測(cè)器、光電信號(hào)放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換采集電路、控制計(jì)算單元和光衰減器，該技術(shù)方案使用光衰減器用以拓展紫外線功率的檢測(cè)量程，該種拓展量程的方式在紫外光較弱時(shí)分辨率會(huì)降低，在紫外光較強(qiáng)時(shí)，雖然可以正常采集，但精度會(huì)降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種能夠大大提高檢測(cè)的量程，并且全量程范圍內(nèi)都有較高精度的紫外功率檢測(cè)量程拓展裝置。

為了達(dá)到本發(fā)明的目的，技術(shù)方案如下：

一種紫外功率檢測(cè)量程拓展裝置，其特征在于，包括紫外光電二級(jí)管、信號(hào)調(diào)理模塊、求差放大模塊、次級(jí)放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控制器、比較器和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，所述紫外光電二極管與信號(hào)調(diào)理模塊連接，所述信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)模擬信號(hào)線依次與求差放大模塊和次級(jí)放大模塊連接，所述次級(jí)放大模塊的輸出端分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和比較器的輸入端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和比較器的輸出端分別與主控制器連接，所述主控制器通過(guò)dac控制線調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出電壓，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端通過(guò)偏置信號(hào)線與求差放大模塊連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述信號(hào)調(diào)理模塊由電流轉(zhuǎn)電壓模塊、初級(jí)放大電路和調(diào)零電路構(gòu)成，所述紫外光電二極管接收紫外光電輸出電流信號(hào)后經(jīng)電流轉(zhuǎn)電壓模塊轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，所述初級(jí)放大電路接收到電流轉(zhuǎn)電壓模塊輸出的模擬電壓信號(hào)后進(jìn)行放大輸出，通過(guò)模擬信號(hào)線與求差放大模塊連接，所述調(diào)零電路與初級(jí)放大電路連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述求差放大模塊由低通濾波器、第一電壓跟隨器和儀表放大器構(gòu)成，所述低通濾波器的輸出端與儀表放大器的正輸入端連接，所述低通濾波器的輸入端通過(guò)模擬信號(hào)線與信號(hào)調(diào)理模塊連接，所述第一電壓跟隨器的輸出端與儀表放大器的負(fù)輸入端連接，所述第一電壓跟隨器的輸入端通過(guò)偏置信號(hào)線與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接，所述儀表放大器的輸出端與次級(jí)放大模塊連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述次級(jí)放大模塊由同相放大器、電阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開關(guān)構(gòu)成，所述同相放大器的輸入端與求差放大模塊連接，輸出端分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和比較器連接，所述比較器通過(guò)比較結(jié)果輸出線將數(shù)據(jù)傳輸至主控制器，所述主控制器通過(guò)放大倍數(shù)控制線經(jīng)模擬開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)后與同相放大器連接，用以調(diào)節(jié)次級(jí)放大模塊的放大倍數(shù)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主控制器由微處理器和晶振構(gòu)成，所述晶振與微處理器連接，所述微處理器分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、比較器、次級(jí)放大模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊由dac芯片和第二電壓跟隨器構(gòu)成，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由adc芯片和基準(zhǔn)源構(gòu)成，所述adc芯片通過(guò)基準(zhǔn)源與dac芯片連接，所述主控制器通過(guò)dac控制線與dac芯片連接，用以調(diào)節(jié)輸出電壓，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)第二電壓跟隨器后通過(guò)偏置信號(hào)線與求差放大模塊連接，所述adc芯片通過(guò)adc輸出線與主控制器連接，所述adc芯片的輸入端與次級(jí)放大模塊連接。

本發(fā)明的有益效果為：微處理器通過(guò)比較器快速得到紫外光功率的大致強(qiáng)弱情況。當(dāng)紫外光功率較小時(shí)，微處理器控制數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊降低偏置，然后增加次級(jí)放大模塊的放大倍數(shù)，在微弱光強(qiáng)下，仍能有良好的分辨率，使得采集裝置的最低量程得到拓展；當(dāng)紫外光功率很大時(shí)，微處理器控制數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊提高偏置，并降低次級(jí)放大倍數(shù)，使得最終輸出電壓在合理的范圍內(nèi)，增加了最大量程的同時(shí)不犧牲精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種紫外功率檢測(cè)量程拓展裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2為圖1中信號(hào)調(diào)理模塊的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖3為圖1中求差放大模塊的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖4為圖1中次級(jí)放大模塊的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖5為圖1中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖6為圖1中主控制器的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖中：2-紫外光電二極管；7-信號(hào)調(diào)理模塊；8-求差放大模塊；9-次級(jí)放大模塊；10-模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；11-主控制器；12-比較器；13-數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；14-電流轉(zhuǎn)電壓模塊；15-初級(jí)放大電路；16-調(diào)零電路；17-模擬信號(hào)線；18-偏置信號(hào)線；19-低通濾波器；20-第一電壓跟隨器；21-儀表放大器；23-同相放大器；24-電阻網(wǎng)絡(luò)；25-模擬開關(guān)；26-比較結(jié)果輸出線；27-放大倍數(shù)控制線；28-dac控制線；29-dac芯片；30-第二電壓跟隨器；31-基準(zhǔn)源；32-adc芯片；33-adc輸出線；34-微處理器；35-晶振。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特性能易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

參看圖1～6，一種紫外功率檢測(cè)量程拓展裝置，包括紫外光電二級(jí)管2、信號(hào)調(diào)理模塊7、求差放大模塊8、次級(jí)放大模塊9、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10、主控制器11、比較器12和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13，紫外光電二極管2與信號(hào)調(diào)理模塊7連接，信號(hào)調(diào)理模塊7通過(guò)模擬信號(hào)線17依次與求差放大模塊8和次級(jí)放大模塊9連接，次級(jí)放大模塊9的輸出端分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10和比較器12的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10和比較器12的輸出端分別與主控制器11連接，主控制器11通過(guò)dac控制線28調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13的輸出電壓，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13的輸出端通過(guò)偏置信號(hào)線18與求差放大模塊8連接。

在本實(shí)施例中，信號(hào)調(diào)理模塊7由電流轉(zhuǎn)電壓模塊14、初級(jí)放大電路15和調(diào)零電路16構(gòu)成，紫外光電二極管2接收紫外光電輸出電流信號(hào)后經(jīng)電流轉(zhuǎn)電壓模塊14轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，初級(jí)放大電路15接收到電流轉(zhuǎn)電壓模塊14輸出的模擬電壓信號(hào)后進(jìn)行放大輸出，通過(guò)模擬信號(hào)線17與求差放大模塊8連接，調(diào)零電路16與初級(jí)放大電路15連接。

在本實(shí)施例中，求差放大模塊8由低通濾波器19、第一電壓跟隨器20和儀表放大器21構(gòu)成，低通濾波器19的輸出端與儀表放大器21的正輸入端連接，低通濾波器19的輸入端通過(guò)模擬信號(hào)線17與信號(hào)調(diào)理模塊7連接，第一電壓跟隨器20的輸出端與儀表放大器21的負(fù)輸入端連接，第一電壓跟隨器20的輸入端通過(guò)偏置信號(hào)線18與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13連接，儀表放大器21的輸出端與次級(jí)放大模塊9連接。

在本實(shí)施例中，次級(jí)放大模塊9由同相放大器23、電阻網(wǎng)絡(luò)24和模擬開關(guān)25構(gòu)成，同相放大器23的輸入端與求差放大模塊8連接，輸出端分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10和比較器12連接，比較器12通過(guò)比較結(jié)果輸出線26將數(shù)據(jù)傳輸至主控制器11，主控制器11通過(guò)放大倍數(shù)控制線27經(jīng)模擬開關(guān)25和電阻網(wǎng)絡(luò)24后與同相放大器23連接，用以調(diào)節(jié)次級(jí)放大模塊9的放大倍數(shù)。

在本實(shí)施例中，主控制器11由微處理器34和晶振35構(gòu)成，晶振35與微處理器34連接，微處理器34分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10、比較器12、次級(jí)放大模塊9和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13連接。

在本實(shí)施例中，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13由dac芯片29和第二電壓跟隨器30構(gòu)成，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10由adc芯片32和基準(zhǔn)源31構(gòu)成，adc芯片32通過(guò)基準(zhǔn)源31與dac芯片29連接，主控制器11通過(guò)dac控制線28與dac芯片29連接，用以調(diào)節(jié)輸出電壓，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13經(jīng)第二電壓跟隨器30后通過(guò)偏置信號(hào)線18與求差放大模塊8連接，adc芯片32通過(guò)adc輸出線33與主控制器11連接，adc芯片32的輸入端與次級(jí)放大模塊9連接。

本實(shí)施例的工作原理為：紫外光電二極管2接收紫外光后輸出電流信號(hào)，經(jīng)電流轉(zhuǎn)電壓模塊14后轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出；微處理器34通過(guò)比較器12快速得到紫外光功率的大致強(qiáng)弱情況。當(dāng)紫外光功率較小時(shí)，微處理器34控制數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13降低偏置，然后增加次級(jí)放大模塊9的放大倍數(shù)，在微弱光強(qiáng)下，仍能有良好的分辨率，使得采集裝置的最低量程得到拓展；當(dāng)紫外光功率很大時(shí)，微處理器34控制數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13提高偏置，并降低次級(jí)放大倍數(shù)，得最終輸出電壓在合理的范圍內(nèi)，增加了最大量程的同時(shí)不犧牲精度；在模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10同時(shí)采集數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13輸出的偏置電壓和光強(qiáng)信號(hào)電壓；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10的轉(zhuǎn)換結(jié)果和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊13的偏置相加，結(jié)合放大倍數(shù)，即可計(jì)算出紫外光功率。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。